1.2磁场对运动电荷的作用力 分层作业(Word版含答案)

课时2磁场对运动电荷的作用力分层作业巩固提升（1）第一章安培力和洛伦兹力2021_2022学年高一物理选择性必修第二册（人教版2019）
一、单选题，共10小题
1．下列说法正确的是( )
A．运动电荷在磁感应强度不为零的地方，一定受到洛伦兹力的作用
B．运动电荷在某处不受洛伦兹力作用，则该处的磁感应强度一定为零
C．洛伦兹力既不能改变带电粒子的动能，也不能改变带电粒子的动量
D．洛伦兹力对带电粒子不做功
2．下列关于运动电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向正确的是
A． B．
C． D．
3．如图所示是电视机中偏转线圈的示意图，圆心O表示电子束，由纸内向纸外而来，那么，接通电源，给偏转线圈加上图示方向的电流时，电子束应(　　)
A．不偏转，仍打在O点
B．向左偏转
C．向上偏转
D．向下偏转
4．每时每刻都有大量带电的宇宙射线向地球射来，地球磁场可以有效地改变这些射线中大多数带电粒子的运动方向，使它们不能到达地面，这对地球上的生命有十分重要的意义．假设有一个带负电的宇宙射线粒子正垂直于地面向赤道射来，在地磁场的作用下，它将
A．向东偏转 B．向南偏转 C．向西偏转 D．向北偏转
5．电磁流量计如图甲所示，它是利用磁场对电荷的作用测出流过容器液体的流量，其原理可以简化为如图乙所示模型，液体内含有大量正、负离子，从容器左侧流入，右侧流出．在竖直向下的匀强磁场作用下，下列说法正确的是(　　)
A．带电粒子受到竖直方向的洛伦兹力
B．带负电离子与带正电粒子受力方向相同
C．上下两侧面有电势差
D．前后两侧面有电势差
6．如图所示，M、N和P是以MN为直径的半圆弧上的三点，O为半圆弧的圆心，在O点存在的垂直纸面向里运动的匀速电子束.∠MOP=60°，在M、N处各有一条长直导线垂直穿过纸面，导线中通有大小相等的恒定电流，方向如图所示，这时O点的电子受到的洛伦兹力大小为F1.若将M处长直导线移至P处，则O点的电子受到的洛伦兹力大小为F2.那么F2与F1之比为（ ）
A． B． C．1:1 D．1:2
7．中国宋代科学家沈括在《梦溪笔谈》中最早记载了地磁偏角:“以磁石磨针锋，则能指南，然常微偏东，不全南也．”进一步研究表明，地球周围地磁场的磁感线分布示意如图结合上述材料，下列说法正确的是
A．地球内部也存在磁场，地磁南极在地理北极附近
B．地磁场的磁感线是“有头有尾”的，由地磁北极射出，射入地磁南极
C．地球表面任意位置的地磁场方向都与地面平行
D．地磁场对射向地球赤道的带负电宇宙射线有向东的作用力
8．如图所示为磁流体发电机的示意图，一束等离子体（含正、负离子）沿图示方向垂直射入一对磁极产生的匀强磁场中，A、B是一对平行于磁场放置的金属板，板间连入电阻R，则电路稳定后
A．R中有向下的电流
B．离子在磁场中不发生偏转
C．A、B板聚集电荷量基本不变
D．离子在磁场中偏转时洛伦兹力可能做功
9．电视机显像管应用了电子束磁偏转的原理．如图所示，电子束经电子枪加速后进入偏转磁场，然后打在荧光屏上产生亮点．没有磁场时，亮点在点；加上磁场后，亮点的位置偏离点．以下说法正确的是
A．仅增大加速电压，亮点将远离点
B．仅减小磁感应强度，亮点将远离点
C．增大加速电压同时增大磁感应强度，亮点可能远离点
D．增大加速电压同时减小磁感应强度，亮点可能远离点
10．医生做某些特殊手术时，利用电磁血流计来监测通过动脉的血流速度．电磁血流计由一对电极a和b以及一对磁极N和S构成，磁极间的磁场是均匀的．使用时，两电极a、b均与血管壁接触，两触点的连线、磁场方向和血流速度方向两两垂直，如上图所示．由于血液中的正负离子随血流一起在磁场中运动，电极a、b之间会有微小电势差．在达到平衡时，血管内部的电场可看作是匀强电场，血液中的离子所受的电场力和磁场力的合力为零．在某次监测中，两触点间的距离为3.0 mm，血管壁的厚度可忽略，两触点间的电势差为160 μV，磁感应强度的大小为0.040 T．则血流速度的近似值和电极a、b的正负为(　　)
A．1.3 m/s，a正、b负 B．2.7 m/s，a正、b负
C．1.3 m/s，a负、b正 D．2.7 m/s，a负、b正
二、多选题，共4小题
11．带电粒子在匀强磁场中运动时，其受到的洛伦兹力的方向，下列表述正确的是　　
A．与磁场方向相同 B．与运动方向相同
C．与运动方向垂直 D．与磁场方向垂直
12．目前世界上一种新型发电机叫磁流体发电机，如图所示表示它的发电原理：将一束等离子体(即高温下电离的气体，含有大量带正电和负电的粒子，而从整体来说呈中性)沿图中所示方向喷射入磁场，磁场中有两块金属板A、B，这时金属板上就聚集了电荷,磁极配置如图所示，下列说法正确的是( )
A．A板带正电
B．有电流从b经用电器流向a
C．金属板A、B间的电场方向向上
D．等离子体发生偏转的原因是粒子所受洛伦兹力大于所受电场力
13．如图所示为垂直纸面向里的匀强磁场，若在空间中加一与磁场垂直的方向水平的匀强电场，某带电小球刚好沿图中的虚线PQ做直线运动．则下列判断正确的是(　　)
A．带电小球的速度一定不变
B．带电小球的速度可能增大
C．如果小球带正电荷，则电场的方向应沿水平方向向右
D．如果小球带负电荷，小球的运动方向一定是从Q点向P点运动
14．如图所示，在足够长的不带电的绝缘小车B上放一物块A，物块A带负电，两者均保持静止，置于垂直于纸面向里的匀强磁场中，已知地面光滑，A、B接触面粗糙，A所带电荷量保持不变，在t＝0时刻用水平恒力F向左推小车B，下列四图中关于A、B的v－t图象及A、B之间摩擦力Ff—t图像大致正确的是（ ）
A． B．
C． D．
三、填空题，共4小题
15．一电荷量为4×104C的点电荷放置在电场强度E为2×102N/C的电场中受到的电场力大小为___________N．如果它在磁感应强度B为2×102T的磁场中以v=3m/s的速度垂直磁场运动，受到的洛伦兹力大小为__________N．
16．如图所示的正方形的盒子开有a、b、c三个微孔盒内有垂直纸面向里的匀强磁场．一束速率不同的电子从a孔沿垂直磁感线方向射入盒中，发现从c孔和b孔有电子射出，则
（1）从b孔和c孔射出的电子的速率之比vb：vc为_________．
（2）从b孔和c孔射出的电子在盒内运动时间之比为_________．
17．如图所示，质量为m,、带电荷量为+q的小球用长为a的绝缘轻丝线悬挂在天花板上的O点，空间加有垂直于纸面向里的磁感应强度为B的匀强磁场．现将小球拉离竖直方向θ角从静止释放，不计空气阻力作用，在小球沿圆弧运动过程中，最大速率为_________，丝线对小球的最大拉力为_________________．
18．电子射线管放在两个磁极之间，电子束的偏转方向如图中虚线所示．蹄形磁铁的A端是____________极．
四、解答题，共4小题
19．一个电子以的速率垂直射入一个匀强磁场中，受到的洛伦兹力为，求该磁场的磁感应强度每个电子的电量为
20．地球的磁场可以使太空来的宇宙射线发生偏转已知北京上空某处的磁感应强度为 T，方向由南指向北，如果有一速度 的质子带电荷量 C竖直向下运动，则质子受到的洛伦兹力多大？向哪个方向偏转？
21．如图所示，在虚线所示宽度范围内，用场强为E的匀强电场可使以初速度为v0、垂直于电场方向入射的某种正离子偏转θ角.在同样宽度范围内，若改用方向垂直于纸面向外的匀强磁场，使该离子穿过磁场区域偏转角度也为θ，求匀强磁场的磁感应强度.
22．如图所示，斜面上表面光滑绝缘，倾角为θ，斜面上方有一垂直纸面向里的匀强磁场.磁感应强度为B，现有一个质量为m、带电荷量为+q的小球在斜面上被无初速度释放，假设斜面足够长.则小球从释放开始，下滑多远后离开斜面.
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．D
【解析】
A．当速度和磁场平行时，洛伦兹力为0，A错误
B．不受洛伦兹力，有两种情况：磁场为0或者速度与磁场平行，B错误
CD．洛伦兹力和速度始终垂直，所以洛伦兹力永远不做功，但是可以改变速度方向，因此可以改变粒子动量，C错误D正确
2．A
【解析】
AB．根据左手定则判断得出正电荷的洛伦兹力方向向上．故A正确，B错误．
CD．根据左手定则判断可知，负电荷的洛伦兹力方向向上．故CD错误．
3．C
【解析】
偏转线圈由上下两个“通电螺线管”组成，由右手螺旋定则判断知右端都是N极，左端都是S极，则O点处的磁场水平向左，由左手定则判断可知，从O点射出的电子受到向上的洛伦兹力的作用将会向上偏转，故C正确，ABD错误．
故选C
4．C
【解析】
地球的磁场由南向北，当带负电的宇宙射线粒子垂直于地面向赤道射来时，根据左手定则可以判断粒子的受力的方向为向西，所以粒子将向西偏转．
A．向东偏转，与结论不相符，选项A错误；
B．向南偏转，与结论不相符，选项B错误；
C．向西偏转，与结论相符，选项C正确；
D．向北偏转，与结论不相符，选项D错误；
5．D
【解析】
带电粒子在磁场中运动会受到洛伦兹力，根据左手定则判断，带正电离子受到向后的洛伦兹力的作用，带负电离子受到向前的洛伦兹力作用，从而积聚在前后两个侧面，形成电势差，故D正确．
6．B
【解析】
依题意，设每根导线在O点产生的磁感应强度为B1/2，方向竖直向下，则电子在О点受到的洛伦兹力为F1=B1ev；当M处长直导线移至P点时，O点合磁感应强度大小为，则电子在O点受到的洛伦兹力为，则F2与F1之比为；
故选B。
7．A
【解析】
A.地磁场的北极在地理南极附近，地磁场的南极在地理北极附近，且地球内部也存在磁场，由地磁场的南极指向地磁场的北极，故A符合题意；
B.磁感线是闭合的，在地球外部由地磁北极射出，射入地磁南极，在内部，由地磁南极指向地磁北极，故B不符合题意；
C.只有在赤道表面，地磁场方向与地面平行，故C不符合题意
D.赤道平面上的地磁场方向由南指向倍，根据左手定则可知带负电的粒子受到向西的磁场力，故D不符合题意
8．C
【解析】
由左手定则知，正离子向B板偏转，负离子向A板偏转；即B板带正电，A板带负电，电路稳定后，两板间粒子所受洛伦兹力与电场力平衡，A、B板聚集电荷量基本不变，电阻R中有向上的电流；因为洛伦兹力的方向与速度方向垂直，所以洛伦兹力不可能做功.
A．描述与分析不符，故A错误.
B．描述与分析不符，故B错误
C．描述与分析相符，故C正确.
D．描述与分析不符，故D错误.
9．C
【解析】
电子在加速电场中加速，由动能定理有：
电子在匀强磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力充当向心力，有：
解得：
设磁场的半径为，电子经过磁场后速度的偏向角为，根据几何知识得：
A.仅增大加速电压，半径增大，减小，亮点将靠近点，故A错误；
B.仅减小磁感应强度，半径增大，减小，亮点将靠近点，故B错误；
C.同时增大加速电压和增大磁感应强度，半径可能增大，也可能减小，当半径可能增大时减小，亮点将靠近点；当半径可能减小时增大，亮点将远离点，故C正确；
D.增大加速电压同时减小磁感应强度，半径增大，减小，亮点将靠近点，故D错误．
10．A
【解析】
血液中正负离子流动时，根据左手定则，正离子受到向上的洛伦兹力，负离子受到向下的洛伦兹力，所以正离子向上偏，负离子向下偏．则a带正电，b带负电．最终血液中的离子所受的电场力和磁场力的合力为零，有
所以
故A正确．
11．CD
【解析】
运动的带电粒子在磁场中受到洛伦兹力作用，其方向由左手定则来确定．左手定则内容是：伸开左手大拇指垂直四指且在同一平面内，让磁感线穿过掌心，四指指的是正电荷的运动方向，则大拇指就是洛伦兹力方向．所以洛伦兹力与磁场方向垂直、与运动方向垂直，即其与磁场与运动方向所构成的平面垂直．故选CD.
12．AD
【解析】
根据左手定则知，正电荷向上偏，负电荷向下偏，则A板带正电．故A正确．因为B板带负电，A板带正电，所以电流的流向为a经用电器流向b．故B错误．因为A板带正电，B板带负电，所以金属板间的电场方向向下．故C错误．等离子体发生偏转的原因是离子所受洛伦兹力大于所受电场力．故D正确．故选AD．
【点睛】
解决本题的关键掌握左手定则判断洛伦兹力的方向，以及知道电流在外电路中，由高电势流向低电势．
13．AD
【解析】
小球在重力、电场力和洛伦兹力作用下做直线运动，因为洛伦兹力随速度的变化而变化，故小球一定做匀速运动，速度不变，A正确B错误；如果小球带正电荷，电场线方向一定水平向左，如图所示，C错误；经分析知，洛伦兹力只能垂直于虚线向上，如果小球带负电荷，根据左手定则知小球一定是从Q点运动到P点的，D正确．
14．BD
【解析】
在t=t1之前物体A与小车共同做匀加速直线运动，根据牛顿第二定律得：F=（m+M）a，所以小车与物块的速度随时间均匀增大；对物块A根据牛顿第二定律有：f=ma．即静摩擦力提供其加速度，根据左手定则判断出物块A所受洛伦兹力方向竖直向上，物块所受的洛伦兹力qvB逐渐增大，由于物体A竖直方向受力平衡，所以A与B之间的压力减小，即它们间的最大静摩擦力减小，当两物体A、B之间的最大静摩擦力不能提供物块A原来的加速度a时，A、B发生相对滑动．当物块A与小车B之间的最大静摩擦力不能提供物块A原来的加速度a时，物块与小车发生了相对滑动，此时物块A受到向左的滑动摩擦力f1=μFN虽然小于刚才的静摩擦力，但是滑动摩擦力的方向仍然向左，物块A仍然加速运动，物块所受向上的洛伦兹力qvB逐渐增大，由于物体A竖直方向受力平衡，物块A与小车B之间的压力减小，所以向左的滑动摩擦力也减小，即物块A的加速度在减小，A做加速度逐渐减小的加速运动，则速度增大的越来越慢，洛伦兹力增大的越来越慢，摩擦力减小的越来越慢．直到t2时刻A、B之间的摩擦力减小到0，加速度减小到零，最后做匀速直线运动，在速度-时间图象中物块A的斜率逐渐减小到零；故AC错误，BD正确．故选BD．
15． 8×106N 2.4×107N
【解析】
由题，试探电荷的电荷量为：q=4×104C，所受的电场力为：F=Eq=8×106N；
根据f=Bqv，则受到的洛伦兹力大小为f=2×102×4×104×3N= 2.4×107N.
16． 1：2 2：1
【解析】
（1）设电子的质量为m，电量为q，磁感应强度为B，电子圆周运动的半径为r，速率为v，则有
得到
r与v成正比
由图看出，从b孔和c孔射出的电子半径之比
rb：rc=1：2
则速率之比
vb：vc=rb：rc=1：2
（2）电子圆周运动的周期为
又
得到
可见周期不变．从b孔和c孔射出的电子在盒内运动时间分别为
tb=，tc=
所以从b孔和c孔射出的电子在盒内运动时间之比为
tb：tc=2：1
17． 3mg-2mgcosθ+qB
【解析】
由于洛伦兹力不做功，只有重力做功，则机械能守恒，小球摆到最低点时速度最大，由机械能守恒定律：
解得
当小球从右向左摆动时洛伦兹力向下，此时细线的拉力最大，则
解得
18．N极
【解析】
电子射线管中电子从负极射向正极，由图可知电子受到的洛伦兹力方向向下，电子束向下偏转，根据左手定则，磁感线穿过手心，四指从正极指向负极，故A为N极．
故答案为N
点睛：电子射线管中电子从负极射向正极，电子受到洛伦兹力，电子束向下偏转，根据左手定则判断可知洛伦兹力方向，进而判断磁感线方向．
19．0.5T
【解析】
由得：
20． N，向东偏转．
【解析】
当速度与磁场方向垂直时，则由
代入数据解得： N，
根据左手定则，知F向东．
21．
【解析】
设离子的质量为m，电荷量为q，场区宽度为L，粒子在电场中做类平抛运动，则
时间
t= ①
加速度
a= ②
由速度分解可
tanθ= ③
由①②③得
tanθ= ④
粒子在磁场中做匀速圆周运动，轨迹如图所示．
⑤
由几何知识得
sinθ= ⑥
由⑤⑥解得
sinθ= ⑦
由④ ⑦式解得
B=
22．
【解析】
小球沿斜面下滑，在离开斜面前，受到的洛伦兹力F垂直斜面向上，其受力分析图
沿斜面方向：mgsinθ=ma；
垂直斜面方向：F+FN-mgcosθ=0.
其中洛伦兹力为F=Bqv.
设下滑距离x后小球离开斜面，此时斜面对小球的支持力FN=0，由运动学公式有v2=2ax，
联立以上各式解得
答案第1页，共2页
答案第1页，共2页